Selon la classification des climats régionaux en France effectuée par G. Beltrando (2004, p. 120), tous nos terrains d'étude sont situés dans le climat tempéré océanique. Mais, parce que le climat d'un milieu ou d'une zone donnée dépend des particularités de la topographie, qui détermine des écoulements spécifiques de l'air et de la nature des surfaces à l'interface substrat-atmosphère, qui détermine les échanges énergétiques et les transferts d'eau, nous devons plutôt parler du climat local que du climat régional.
En fait, selon la classification proposé par Estienne et Godard (1970), nous trouvons trois, ou plus précisément, quatre sous-types du climat tempéré océanique, dont un climat océanique frais ; un climat océanique vrai ; un climat océanique à sécheresse d'été accentuée et la dégradation du climat tempéré océanique vers le climat tempéré continental. Si les trois premiers sous-types de climat tempéré océanique sont des climats de façade maritime, où l'influence de l'océan Atlantique reste déterminante, notre région d'étude qui est le Centre-Ouest de la France est à 250 km de l'océan (étang Cistude) et près de 200 km (étang Cieux et étang du Château).
Bien qu'il n'existe presque aucune barrière importante de reliefs entre l'océan et la région d'étude, elle enregistre des dégradations claires qui nous permettent de classer notre région d'étude pour certaines de ces caractéristiques climatiques dans le troisième et le quatrième sous-type de climat tempéré océanique mentionnés ci-dessus.
Les deux grands critères d'appartenance au climat tempéré océanique d'Estienne et Godard (1970), ou « breton » de Viers et Vigneau (1990) sont :
- une amplitude thermique annuelle faible, car l'air qui envahit cette région est à peu près toujours d'origine maritime ; ses caractéristiques sont celles qu'il a acquises après avoir longuement balayé l'océan ; il est toujours humide, doux l'hiver et frais l'été (Estienne et Godard, 1970, p.253).
- des précipitations en toute saison, avec, néanmoins, un régime à minimum de saison chaude et maximum de saison froide, car, en été, l'anticyclone subtropical remonte au sud-ouest du continent tempéré. De plus, « en été, l'air marin frais circule sur un sol chauffé par le soleil;
sa température augmente et son humidité relative diminue » (Escourrou, 1982, p. 13 cité par
L. Touchart, 2001, p. 147).
En regardant les (Tables. 3 et 4), nous constatons, clairement, que le Limousin et la Brenne répondent aux deux grands critères d’appartenance au climat tempéré océanique. Mais, en prenant l'amplitude thermique annuelle en considération(1), nous trouvons que notre terrain d'étude est situé dans le climat océanique dégradé vers le climat tempéré continental, car l'amplitude du climat tempéré frais est inférieure à 4 ou 5°C (Estienne et Godard, 1970, p.259) ; celle du climat océanique vrai est, généralement, comprise entre 10 et 15°C (Estienne et Godard, 1970, p. 256 ; Estienne, 1956, p. 197) et de 5 à 12 °C selon (G. Beltrando, 2004, p. 158). Pour le troisième et le quatrième sous-type du climat tempéré océanique, l'amplitude thermique annuelle dépasse le seuil de 15 degré (Estienne et Godard, 1970, p.261).
(1) Cette variable est généralement reconnue comme critère de discrimination entre climats océaniques et continentaux (Joly et al., 2010)
Selon la classification des types de climat en France effectuée par Joly et al. (2010), nous trouvons que la plupart de la Brenne se trouve dans le « climat océanique dégradé des plaines du Centre et du Nord » (type 3 sur la Carte. 2). Les principales caractéristiques de ce type de climat sont : une amplitude thermique annuelle supérieure à 15 °C, une température moyenne annuelle proche de 11°C et un cumul annuel de précipitation voisin de 700 mm. Nous trouvons aussi que nos terrains d'étude limousins se situent dans les limites du « climat océanique altéré » (type 4 sur la Carte. 2). Ce type de climat est plus humide que le précédent mais sa température moyenne annuelle dépasse le seuil de 11 °C.
Par contre, le climat de cette région subirait de plus rapides variations de types de temps, autrement dit une plus grande instabilité climatique à courte échelle temporelle, ce qui aurait des répercussions sur la durée des stratifications, en la diminuant, ou encore sur la dynamique des eaux, en l'augmentant (D. Brunaud, 2007, p.52).
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Carte. 2 : Les types de climat en France
Parce que cette thèse de doctorat est une thèse principalement dans le domaine de la climatologie et parce que nous n'avions le temps de prendre les mesures sur le terrain que pendant une seule année pour chaque type d'étangs, nous estimons qu'il est de forte importance de faire une comparaison entre les années pendant lesquelles nous avons pris les mesures sur les terrains et une série des années précédentes pour savoir où se trouvent exactement ces années de mesures par rapport au cycle climatique actuel de la région Centre et de la région Limousin.
En fait, le choix de la meilleure échelle de temps pour étudier l'évolution du climat pour une région donnée nécessite de préciser tout d'abord ce que recouvre le mot « climat ». Le climat, comme nous le comprenons est l'ensemble des phénomènes météorologiques qui caractérisent l'état de l'atmosphère en un lieu donné et sur une certaine période de temps qui s'étend d'un mois ou une saison à des milliers ou millions d'années. G. Beltrando (2004, p. 119) précise que « le climat ne
renvoie à aucune dimension précise : on peut parler du climat de la Terre pour une période donnée (parfois de plusieurs milliers d'années...), ou de celui d'un espace très réduit (par exemple d'une rue) ». À notre avis, la longueur de la période climatique, qui n'a pas de liens évidents avec les
facteurs naturels comme les taches solaires par exemple, dépend du chercheur et plus précisément de la problématique de son étude.
Prenons par exemple l'échelle de temps la plus adaptée avec les recherches agronomiques qui varie entre un mois et une décennie. Dans ce type de recherches, le cycle saisonnier des ressources en eau est fortement modulé d'une année à l'autre. La prévisibilité saisonnière constitue donc un enjeu majeur pour optimiser les dates de semis, de traitement et de récolte. Un changement répété du cycle imposera un changement d’espèces cultivées et de pratiques agricoles. Autre exemple, les chercheurs qui s’intéressent à l'augmentation du niveau de la mer utilisent les périodes climatiques allant des décennies aux siècles.
En général, la période climatique de 30 ans est la plus utilisée dans les recherches climatiques qui étudient l'évolution du climat. Cette période est accréditée par l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM), elle correspond globalement au temps nécessaire pour l'apprentissage et la transmission d'une génération humaine à l'autre. L'évolution du climat selon cette période est alors sans lien avec les événements naturels qui se répètent sur une courte période de temps comme les taches solaires et les oscillations océaniques comme l'oscillation australe El Niño (ENSO).
« Plus une série d'observations est prolongée, plus l'étude du climat, notamment dans ses
anomalies et ses variations, peut être poussée » (Estienne et Godard, 1970, p. 9). Pour cela, nous
comparons nos données météorologiques collectées sur les terrains d'étude (Tables 3 et 4) avec une série de données météorologiques recouvrant les quarante dernières années. Une période supérieure à 30 ans est nécessaire pour savoir si le climat va faire un cycle climatique complet ou pas. L'approche que nous avons suivie est illustrée par le travail de [Garcia et Gallego (1993) et Sahsamanoglou et al., (1993)] qui ont identifié une périodicité d'environ 40 ans.
Afin de réaliser cette comparaison nous avons utilisé des paramètres climatiques de moyennes mensuelles et annuelles enregistrées dans trois postes d'observation en fonctionnement pendant les 40 dernières années (1976-2015). Ces stations sont les plus proches de nos terrains d'étude. Elles sont donc représentatives de la région d'étude. Ces stations sont : la station Limoges-Bellegarde située en Haute-Vienne (la station la plus proche de l'étang de Château et l'étang de Cieux) et les stations Météo-France de Châteauroux-Déols et de Rosnay situées en Indre (les stations les plus proches de l'étang Cistude). En fait, nous avons utilisé les données de deux stations Météo-France pour l'étang Cistude parce que la station de Rosnay (la plus proche de l'étang) ne possède des données que depuis 1993.
En principe, étant relevées par des professionnels, les données sont fiables. Le test du cumul des résidus de régression d'une série par rapport à celle de référence a été appliqué (Rosnay par rapport à Limoges-Bellegarde).
Parmi l'arsenal existant de techniques visant à décomposer une chronique en bruit, cycle et tendance, nous avons eu recours à la technique la plus répandue pour rechercher ou valider l'existence d'une tendance :
Cette technique est le filtrage par les moyennes mobiles d'ordre 5.
Xi = (Xi-2 + Xi-1 + Xi + Xi+1 + Xi+2) / 5 ... (18) (Carrega, 1993)
En fait, nous avons utilisé la valeur moyenne de cinq premières années dans la série pour calculer la valeur filtrée pour les deux premières années dans la série. Du même, pour calculer la valeur filtrée des dernières années dans la série nous avons utilisé la valeur moyenne des cinq dernières années dans la série.
En raison de la grande fluctuation d'une année à l'autre ou d'une année anormale par rapport aux années précédentes et suivantes, les valeurs filtrées ne donnent pas une tendance claire. Pour cela,
nous avons appliqué le filtrage précédent aux valeurs déjà filtrées. Cette dernière opération nous a permis d'obtenir une tendance très claire pour exprimer les variations du climat de cette région pendant les quarante dernières années.
Pour distinguer entre des années humides ou chaudes des années sèches ou froides nous avons utilisé l'équation suivante :
Z = (Xi – X') / σ …...(19) (Maheras et al., 1993)
où Xi est la pluie ou la température moyenne annuelle ; X' est la moyenne des précipitations ou la température moyenne annuelle pour la période étudiée (1976 à 2015) ; σ est l'écart-type.
Si Z ≥ 0,5, l'année est humide ou chaude, si Z ≤ -0,5, l'année est sèche ou froide.
Après avoir effectué la comparaison en respectant les normes déjà mentionnées, nous avons obtenu les résultats ci-après.
Il convient également de noter que nous allons (dans cette partie) décrire, interpréter et essayer d'expliquer l'évolution des différents facteurs climatiques dans la région d'étude pendant les quarante dernières années. Nous nous intéressons ici à montrer la tendance générale de chaque facteur climatique afin d'être capable de prévoir dans quelle direction le climat de cette région va évoluer (vers le réchauffement, vers le refroidissement, va garder ses caractéristiques actuelles?). Cela nous aidera à bien valoriser notre étude qui doit sûrement être prise en considération par des responsables pour gérer ce type de plans d'eau (des étangs) afin de savoir quel est le meilleur plan à mettre en place pour gérer les ressources en eau dans l'avenir proche. Nous allons éviter de réexpliquer toutes les caractéristiques du climat tempéré océanique et ses sous-types que nous pouvons trouver dans l'ouvrage d'Estienne et Godard, (1970, p.247-268).
La température de l'air
Des (Tables. 3 et 4), nous trouvons que pour la période de 1976 à 2015, la Haute-Vienne et la Brenne, connaissent une amplitude thermique annuelle de 15°C pour la première et de 15.5°C pour la deuxième, ces valeurs sont très proches du chiffre proposé par (Estienne et Godard, 1970) pour l'amplitude moyenne annuelle du climat océanique vrai. À l'échelle des deux années de mesures sur les terrains d'étude, l'amplitude annuelle à l'étang Cistude en Brenne (voir Table. 5) est égale à 15.5 °C, cette amplitude annuelle correspond exactement à l'amplitude annuelle moyenne de la Brenne pendant les 40 dernières années. Avec une amplitude annuelle de 18,4 °C, enregistrée à l'étang de Château en Limousin, la valeur de cette amplitude dépasse la valeur moyenne de cette région. La raison de cette valeur est que la température moyenne du mois de février était inférieure à la normale de ce mois et la température moyenne du mois de juillet était supérieure à la normale de ce mois.
À l'échelle des quarante dernières années, le mois de janvier, en Limousin comme en Brenne, est le mois pendant lequel, la température de l'air enregistre sa valeur moyenne mensuelle la plus basse. Après ce mois, la température moyenne mensuelle commence à augmenter pour enregistrer sa valeur la plus haute pendant le mois de juillet.
Bien que le total des heures de jour pendant le mois de Juin (464.4 heures)(1) soit plus élevé que pendant le mois d'Août (430.2 heures), la température moyenne mensuelle pour le mois d'août est supérieure à celle du mois de Juin. Il en va de même pour les mois de septembre (367,9 heures) et octobre (328,7 heures), qui enregistrent des températures moyennes mensuelles supérieures à celles des mois d'Avril (400,3 heures) et Mai (457,5 heures). Nous pouvons expliquer ce décalage des températures élevées sur la fin de l'été et l'automne par la portion d'énergie solaire utilisée dans les différents processus et aussi du fait de l'influence calorifique de l'océan. Pendant le printemps et la première partie d'été, une grande partie de l'énergie solaire arrivée à la surface du sol va être perdue comme chaleur latente de vaporisation pour évaporer l'eau existant dans le sol, les plans d'eau et les plantes, une autre partie va être emmagasinée dans le sol, l'eau et les plantes pour augmenter leur température et la partie restante de l'énergie solaire va être utilisée comme chaleur sensible. Par contre, pendant la dernière partie d'été et l'automne, la diminution de l'humidité du sol se traduira par une augmentation de la proportion de l'énergie solaire utilisée sous forme de chaleur sensible et la perte d'une partie de la chaleur emmagasinée dans le sol, les plans d'eau et les plantes vont augmenter les températures mensuelles moyennes dans ces mois.
En ce qui concerne l’évolution de la température dans la région de Limoges, nous pouvons, en général, diviser les quarante dernières années en deux parties, la première couvre la période entre 1976 et 1994, la seconde s'étend de 1995 à 2015. La première période est considérée comme plus modérée que la seconde car la température moyenne annuelle pendant la seconde période ne descend à moins de 11°C qu'en deux années, la première est l'année de 1996 avec une température moyenne de 10,93 °C et la deuxième est l'année de 2010, l'année la plus fraîche du XXIème siècle dans cette région, avec une température moyenne ne dépassant pas 10,44 °C. Par contre la température moyenne annuelle de la majorité des années de première période ne dépasse pas le seuil de 11°C. Nous trouvons dans cette partie l'année 1980 qui est l'année la plus froide dans la série étudiée (voir la figure. 6).
Nous pouvons clairement constater dans la (Figure. 6) six sous-périodes d'une longueur variant entre 6 et 8 ans. Pendant ces périodes, la température complète un cycle. Bien que plusieurs précédentes études n'aient pas trouvé une relation simple et claire entre la température de l'air et les tâches solaires, comme celle de (Stellmacher, 1993), notre étude montre la présence d'une régularité partielle de l'évolution des températures. Cette régularité partielle peut être reliée au fameux cycle des tâches solaires de Schwabe qui varie entre 6 et 16 ans (R. Stellmacher, 1993, p 206).
(1) La longueur de la journée a été calculée en utilisant la latitude de l'étang de Château (45,917 °N)
Figure 6. La variation de la température moyenne annuelle de l'air en Haute-Vienne pendant les quarante
De la (Figure. 6), nous constatons aussi que la courbe reliant les valeurs moyennes mobiles des Températures Moyennes Annuelles (TMA) prend une tendance au refroidissement entre 1976 et 1980, parce que « L’été 1980 était le 4ième été consécutivement froid »(1). Ensuite, la courbe prend une tendance au réchauffement jusqu'à l'année de 2003. Cela nous permet de dire qu'il y a une accentuation du réchauffement depuis le début des années 1980. Après l'année 2003, et à l'exception de l'année 2011 qui était l'année la plus chaude dans la série étudiée et en même temps une année totalement contrastée avec l'année précédente de 2010, la température a pris une tendance au refroidissement jusqu'à l'année 2013, la date à partir de laquelle la tendance a repris sa direction positive.
La série des températures moyennes annuelles montre une hausse nette en Limousin où la tendance donne une croissance de 1°26 entre 1976 et 2015. Cela veut-dire d'une hausse des températures moyennes en Haute-Vienne de l’ordre de 0,315°C par décennie sur la période 1976- 2015. Cette valeur de réchauffement n'était pas la même pour tous les mois de l'année. Alors que la température moyenne mensuelle pour le mois de Février a chuté d'un degré Celsius (1°C) au cours des quarante dernières années, la température moyenne pour le mois de Décembre est restée presque stable avec une augmentation négligeable de 0,1 °C, la température moyenne pour les mois d'Avril, de juin et de mai a augmenté de 2.75, de 2.55 et de 2.05 °C respectivement. Autrement dit, le réchauffement en Limousin est plus marqué au printemps.
La série des (TMA) en Brenne montre la même chose que la Haute-Vienne. Mais, en Brenne, les six sous-périodes sont moins claires, surtout la quatrième et la cinquième sous-périodes, où nous constatons que l'évolution de la température prend une période de l'ordre de 2 à 3 ans qui est peut- être due au phénomène Q.B.O (Quasi Biennial Oscillation) (voir la Figure. 7). En fait, pour expliquer une telle évolution, il faut, peut être, prendre en considération non seulement la variabilité de l'irradiation solaire mais aussi l'effet de serre. Parce que, si la station météo-France de Limoges- Bellegarde est située à l'aéroport (qui est en milieu rural, plutôt rurbain), la station de Rosnay est située au cœur d'une zone rurale.
En ce qui concerne la variabilité de la tendance de la température moyenne annuelle en Brenne pendant les quarante dernières années, nous remarquons la même chose qu'en Haute-Vienne. Mais, en Brenne la tendance générale des températures moyennes annuelles montre une hausse nette de 1°6 entre 1976 et 2015 (soit une hausse de l’ordre de 0.4°C par décennie). À l'échelle des mois, au contraire du mois de février en Haute-Vienne, ce mois en Brenne a une tendance au réchauffement de 0,3 °C. En Brenne comme en Haute-Vienne les mois d'avril, juin, novembre et mai ont une grande tendance au réchauffement de 3 ; 2,7 ; 2,4 et 2,3 °C respectivement pour la période de 1976 à 2015.
En ce qui concerne la position des années pendant lesquelles nous avons pris les mesures sur les étangs d'étude par rapport aux quarante dernières années, la (figure. 6) montre que l'année 2014- 2015, l'année pendant laquelle nous avons pris les mesures à l'étang de Château, est une des années les plus chaudes. Cette année avec 12,46 °C de température moyenne annuelle vient à la deuxième place après 2011 qui a une température moyenne annuelle de 12,7 °C. Avec cette température moyenne annuelle de l'année 2014-2015 qui dépasse la température moyenne des quarante dernières années (11,36 °C) nous considérons que les mesures directes de l'évaporation effectuées à l'étang de Château représentent un des plus forts taux d'évaporation par rapport aux 40 dernières années. La (figure. 7) montre que l'année de mesure sur l'étang Cistude en Brenne (2013-2014) est l'année la plus chaude depuis 40 ans. Avec une température moyenne de 13,1 °C qui dépasse la normale des 40 dernières années (11,85 °C), nous considérons que le taux d'évaporation de cette année représente le taux le plus haut mesuré en Brenne depuis 40 ans.
Notre considération précédente peut être correcte théoriquement. Mais notre expertise et nos mesures quotidiennes sur le terrain nous ont appris que ce n'est pas toujours le cas. Par exemple, quand nous comparons deux jours qui ont la même température moyenne journalière mais le premier a un couvert nuageux très dense et le second a un ciel totalement dégagé, nous trouvons que l'évaporation pendant le deuxième jour est du double ou du triple de l'évaporation pendant le premier jour. Pour cela, il nous fallait analyser les autres facteurs climatiques qui jouent un rôle très important dans le processus de l'évaporation.
Le rayonnement solaire ou la radiation globale
La dépendance à la température moyenne quotidienne ou mensuelle, pour estimer l'évaporation, peut nous conduire souvent à des résultats très éloignés des valeurs réelles de l'évaporation mesurées sur le terrain, car avec un écran nuageux mince, l'augmentation du rayonnement solaire diffusé peut compenser la diminution du rayonnement direct, de telle manière que la radiation globale reste élevée ; mais un plafond nuageux épais se traduit immanquablement par une baisse de la radiation globale(1), car à l'importante absorption s'ajoute la part croissante d'énergie perdue par réflexion. Ce plafond nuageux travaille en même temps à empêcher une grande partie du